DE102020006624A1

DE102020006624A1 - Zylinderkopf mit Ventilsitz

Info

Publication number: DE102020006624A1
Application number: DE102020006624.0A
Authority: DE
Inventors: Raymund Tensing
Original assignee: FEV Group GmbH
Current assignee: FEV Group GmbH
Priority date: 2019-11-20
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2020-12-17
Also published as: DE102019131296A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (1) für einen Verbrennungsmotor, umfassend einen Kanal (2) zum Einlassen und/oder Auslassen von Luft und einen Ventilsitz (4) zum Anschlagen und/oder Abdichten eines in dem Kanal (2) beweglichen Ventils (3) gegen den Kanal (2), wobei der Kanal (2) ein zu einem Brennraum (6) hin orientierten Kanalendbereich (5) umfasst, und wobei der Ventilsitz (4) innerhalb des Kanalendbereichs (5) angeordnet ist, und wobei der Ventilsitz (4) eine erste Oberfläche (7) umfasst, und wobei die erste Oberfläche (7) mittels einer spanlosen Bearbeitung bearbeitet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf mit einem Ventilsitz und ein Verfahren zum Herstellen eines Zylinderkopfes mit einem Ventilsitz.
Die DE4016728 offenbart einen Ventilsitz für einen Verbrennungsmotor, wobei der Ventilsitz mehrteilig ausgebildet in einen Kanal zum Einlassen und/oder Auslassen von Luft eingepresst ist.
Ein erfindungsgemäßer Zylinderkopf für einen Verbrennungsmotor umfasst einen Kanal zum Einlassen und/oder Auslassen von Luft und einen Ventilsitz zum Anschlagen und/oder Abdichten eines in dem Kanal beweglichen Ventils gegen den Kanal. Der Kanal umfasst einen zu einem Brennraum hin orientierten Kanalendbereich. Der Ventilsitz ist innerhalb des Kanalendbereichs angeordnet. Der Ventilsitz umfasst eine erste Oberfläche. Die erste Oberfläche ist mittels einer spanlosen Bearbeitung bearbeitet.
Dadurch, dass die erste Oberfläche mittels einer spanlosen Bearbeitung bearbeitet ist, findet kein Materialabtrag durch die Bearbeitung statt. Dies ermöglicht es auch dünne Ventilsitze, die beispielsweise als Beschichtung ausgebildet sind, materialschonend zu bearbeiten. Zusätzlich kann durch die spanlose Bearbeitung auf eine spanende Bearbeitung des Ventilsitzes verzichtet werden. Dies ermöglicht eine Reduktion von Herstellungskosten und/oder Herstellungszeit für einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf.
Bevorzugt ist das spanlose Verfahren ein rollierendes Verfahren. Dadurch, dass die erste Oberfläche mittels einer rollierenden Bearbeitung bearbeitet ist, wird eine Verdichtung und/oder eine Härtung des Ventilsitzes im Zuge der Bearbeitung ermöglicht. Dies ermöglicht eine hohe mechanische Widerstandkraft des Ventilsitzes gehen mechanische Einflüsse, die das Ventil auf den Ventilsitz ausübt. Dies ermöglicht eine hohe Lebensdauer des Zylinderkopfes.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfes umfasst den Schritt:

- Rollierendes Bearbeiten einer ersten Oberfläche.

Der Zylinderkopf umfasst einen Kanal zum Einlassen und/oder Auslassen von Luft und einen Ventilsitz zum Anschlagen und/oder Abdichten eines in dem Kanal beweglichen Ventils gegen den Kanal. Der Kanal umfasst einen zu einem Brennraum hin orientierten Kanalendbereich. Der Ventilsitz ist innerhalb des Kanalendbereichs angeordnet. Der Ventilsitz umfasst eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche. Die erste Oberfläche ist der zweiten Oberfläche gegenüberliegend angeordnet. Der Kanalendbereich umfasst eine äußere Oberfläche. Die zweite Oberfläche ist angrenzend zu der äußeren Oberfläche des Kanalendbereichs angeordnet.
Durch die rollierende Bearbeitung wird es ermöglicht, die erste Oberfläche des Ventilsitzes zeitgleich formgebend und verdichtend und/oder härtend zu bearbeiten. Dies ermöglicht eine Reduktion von Herstellungszeit für einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird anhand der folgenden Figur näher erläutert.
1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes 1. Der Zylinderkopf 1 umfasst einen Kanal 2 zum Einlassen und/oder Auslassen von Luft und einen Ventilsitz 4 zum Anschlagen und/oder Abdichten eines in dem Kanal 2 beweglichen Ventils 3 gegen den Kanal 2. Der Kanal 2 umfasst einen zu einem Brennraum 6 hin orientierten Kanalendbereich 5. Der Ventilsitz 4 ist innerhalb des Kanalendbereichs 5 angeordnet. Der Ventilsitz 4 umfasst eine erste Oberfläche 7. Die erste Oberfläche 7 des Ventilsitzs 4 ist mittels einer spanlosen Bearbeitung bearbeitet. Die spanlose Bearbeitung ist eine rollierende Bearbeitung.
Der Kanalendbereich 5 umfasst eine äußere Oberfläche 8. Der Ventilsitz 4 umfasst eine zweite Oberfläche. Die erste Oberfläche 7 ist der zweiten Oberfläche gegenüberliegend angeordnet. Die zweite Oberfläche 7 ist angrenzend zu der äußeren Oberfläche 8 des Kanalendbereichs 5 angeordnet.
Abschnittsweise bildet die erste Oberfläche einen Anschlag für das Ventil 3. Durch die rollierende Bearbeitung wird eine lokale Härtung der ersten Oberfläche 7 insbesondere auch in dem Abschnitt ermöglicht, in dem die erste Oberfläche 7 einen Anschlag für das Ventil 3 bildet. Dies ermöglicht eine besonders hohe Haltbarkeit des Ventilsitzes 4.
Der Ventilsitz 4 ist als Beschichtung ausgebildet. Der Kanalendbereich 5 ist in seinem Verlauf gekrümmt ausgebildet. Ein Querschnitt durch den Kanalendbereich 5 ist abschnittsweise veränderlich und nicht kreisförmig ausgebildet. Durch die Beschichtung des Kanalendbereichs 5 wird es ermöglicht, dass der Ventilsitz 4 in seinem Verlauf dem Verlauf des Kanalendbereichs 5 folgt. Dies ermöglicht das Erzeugen einer für einen Verbrennungsprozess optimierten Luftströmung durch den Kanal 2.
Die Beschichtung ist mittels eines kinetischen Spritzverfahrens erzeugt. Durch Verwendung des kinetischen Spritverfahrens wird es ermöglicht, auf eine zusätzliche Zuführung von Wärme während des Beschichtungsprozesses zu verzichten. Durch solche Zuführung von Wärme, insbesondere wenn die Zuführung räumlich sehr lokal erfolgt, ergeben sich häufig materielle Instabilitäten innerhalb des Kanalendbereichs 5. Ohne eine Zuführung von zusätzlicher Wärme wird somit eine erhöhte Haltbarkeit des Zylinderkopfes 1 ermöglicht.
Das kinetische Spritzverfahren ist ein Metall Pulver Auftrags Verfahren. Bei dem Metall Pulver Auftrags Verfahren wird Metallpulver schichtweise zu soliden Festkörpern kompaktiert. Dazu werden Pulverpartikel mit Hilfe eines Trägergases auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und durch eine Düse, hier eine Lavaldüse, auf den Kanalendbereich 5 aufgebracht. Es ergeben sich Aufbauraten von mehr als 200 Kubikzentimeter pro Stunde. Dies ermöglicht eine sehr zeiteffiziente Herstellung des Ventilsitzes 4.
In diesem Ausführungsbeispiel wurden Bronzepartikel verwendet. Diese wurden auf die Oberfläche des Kanalendbereichs 5 aufgebracht. Dazu wurde ein Trägergas mit den Bronzepartikeln versetzt und beschleunigt, so dass die Bronzepartikel eine hohe Geschwindigkeit aufwiesen. Das mit den Bronzepartikeln versetzte Trägergas wurde auf den Kanalendbereich 5 gerichtet. Beim dortigen Auftreffen haben sich die Bronzepartikel verformt und sich dabei dem Verlauf den Kanalendbereichs 5 angepasst. Dieser Vorgang wurde fortgeführt, bis sich eine Schichtdicke von 500 µm ergab. So wurde eine geschlossene Beschichtung des Kanalendendbereichs 5 ermöglicht. Zudem wurde so ein Verlauf des Ventilsitzs 4 ermöglicht, der dem Verlauf des Kanalendbereichs 5 sehr exakt folgt.
In einem alternativen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Zylinderkopfes 1 ist die Beschichtung mittels eines Laser Auftragschweiß Verfahrens erzeugt. Dies ermöglicht eine lokale sehr gute Verbindung des Ventilsitzes 4 mit dem Kanalendbereich 5.
In einem weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Ventilsitz 4 als separates Bauteil ausgebildet. Der Ventilsitz 4 wurde in den Kanalendbereich 5 eingepresst. Dadurch ergibt sich ein stufenförmiger Verlauf im Bereich eines Übergangs zwischen dem Ventilsitz 4 und dem Kanalendbereich 5. Die erste Oberfläche 7 umfasst dabei auch den Bereich des Übergangs. Durch die rollierende Bearbeitung wird ein weicherer Übergang zwischen dem Ventilsitz 4 und dem Kanalendbereich 5 ermöglicht.. Dies ermöglicht das Erzeugen einer für einen Verbrennungsprozess optimierten Luftströmung durch den Kanal 2.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4016728 [0002]

Claims

Zylinderkopf (1) für einen Verbrennungsmotor, umfassend einen Kanal (2) zum Einlassen und/oder Auslassen von Luft und einen Ventilsitz (4) zum Anschlagen und/oder Abdichten eines in dem Kanal (2) beweglichen Ventils (3) gegen den Kanal (2), wobei der Kanal (2) ein zu einem Brennraum (6) hin orientierten Kanalendbereich (5) umfasst, und wobei der Ventilsitz (4) innerhalb des Kanalendbereichs (5) angeordnet ist, und wobei der Ventilsitz (4) eine erste Oberfläche (7) umfasst, und wobei die erste Oberfläche (7) mittels einer spanlosen Bearbeitung bearbeitet ist.
Zylinderkopf (1) nach Anspruch 1, wobei die spanlose Bearbeitung eine rollierende Bearbeitung ist.
Zylinderkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kanalendbereich (5) eine äußere Oberfläche (8) und der Ventilsitz (4) eine zweite Oberfläche umfasst, und wobei die erste Oberfläche (7) der zweiten Oberfläche gegenüberliegend angeordnet ist, und wobei die zweite Oberfläche (7) angrenzend zu äußeren Oberfläche (8) des Kanalendbereichs (5) angeordnet ist.
Zylinderkopf (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ventilsitz (4) als eine Beschichtung ausgebildet ist.
Zylinderkopf (1) nach Anspruch 3, wobei die Beschichtung mittels eines kinetischen Spritzverfahrens erzeugt ist.
Zylinderkopf (1) nach Anspruch 4, wobei das kinetische Spritzverfahren ein Metall Pulver Auftrags Verfahren ist.
Zylinderkopf (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Beschichtung mittels eines Laser Auftragschweiß Verfahrens erzeugt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Zylinderkopfes (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zylinderkopf (1) einen Kanal (2) zum Einlassen und/oder Auslassen von Luft und einen Ventilsitz (4) zum Anschlagen und/oder Abdichten eines in dem Kanal (2) beweglichen Ventils (3) gegen den Kanal (2) umfasst, wobei der Kanal (2) einen zu einem Brennraum (6) hin orientierten Kanalendbereich (5) umfasst, und wobei der Ventilsitz (4) innerhalb des Kanalendbereichs (5) angeordnet ist und einer erste Oberfläche (5) und eine zweite Oberfläche umfasst, und wobei die erste Oberfläche (5) der zweiten Oberfläche gegenüberliegend angeordnet ist, und wobei der Kanalendbereich (5) eine äußere Oberfläche (8) umfasst, und wobei die zweite Oberfläche angrenzend zu der äußeren Oberfläche (8) des Kanalendbereichs (5) angeordnet ist, umfassend den Schritt: - Rollierendes Bearbeiten der ersten Oberfläche (7).